Žymaus rusų biochemiko akademiko A. I. Oparino (1894-1980) ir anglų biochemiko J. Haldane'o (1892-1964) pasiūlyta hipotezė apie gyvybės atsiradimą Žemėje sulaukė didžiausio pripažinimo ir paplitimo XX a. Jų hipotezės esmė, suformuluota jų nepriklausomai vienas nuo kito 1924-1928 m. ir sukurta vėlesniais laikais, susiveda į tai, kad Žemėje ilgą laiką abiogeniškai susidaro daug organinių junginių. Šios organinės medžiagos prisotino senovės vandenynus, sudarydamos (pagal J. Haldane) vadinamąjį „pirminį sultinį“. Vėliau dėl daugybės vietinio seklumo ir vandenynų išdžiūvimo procesų „pirminio sultinio“ koncentracija gali padidėti dešimtis ir šimtus kartų. Šie procesai vyko intensyvios vulkaninės veiklos, dažnų žaibo iškrovų atmosferoje ir galingos kosminės spinduliuotės fone. Tokiomis sąlygomis gali atsirasti laipsniškas organinių medžiagų molekulių komplikacijos, paprastų baltymų, polisacharidų, lipidų ir nukleino rūgščių atsiradimas. Per daugelį šimtų ir tūkstančius metų jie galėjo sudaryti organinių medžiagų gumulėlius (koacervatus). Atsigavimo sąlygomis koacervatai nebuvo sunaikinti, pamažu tapo sudėtingesni ir tam tikru jų vystymosi momentu iš jų galėjo susidaryti pirmieji primityvūs organizmai (probiontai). Šią hipotezę priėmė ir toliau plėtojo daugelis mokslininkų iš įvairių šalių, o 1947 metais anglų mokslininkas Johnas Bernalis suformulavo biopoezės hipotezę. Jis išskyrė tris pagrindinius gyvybės formavimosi etapus: 1) abiogeninį organinių monomerų atsiradimą; 2) biologinių polimerų susidarymas; 3) membraninių struktūrų ir pirmųjų organizmų raida.

Trumpai panagrinėkime biopoezės procesus ir etapus.

Pirmasis biopoezės etapas buvo procesų, vadinamų chemine evoliucija, serija, dėl kurios atsirado probiontai – pirmosios gyvos būtybės. Skirtingi mokslininkai apskaičiavo, kad jos trukmė yra nuo 100 iki 1000 milijonų metų. Tai gyvybės mūsų planetoje priešistorė.

Abiogeninė organinių junginių biosintezė

Žemė kaip planeta atsirado maždaug prieš 4,5 milijardo metų (kitų šaltinių duomenimis – maždaug prieš 13 milijardų metų, tačiau jie dar neturi svarių įrodymų). Žemės vėsimas prasidėjo maždaug prieš 4 milijardus metų, o žemės plutos amžius vertinamas apie 3,9 milijardo metų. Šiuo metu taip pat susidaro vandenynas ir pirminė Žemės atmosfera. Žemė tuo metu buvo gana šilta dėl šilumos išsiskyrimo plutos komponentų kietėjimo ir kristalizacijos metu bei aktyvios vulkaninės veiklos. Vanduo ilgą laiką buvo garų būsenoje, garuodamas nuo Žemės paviršiaus, kondensuodamasis viršutiniuose atmosferos sluoksniuose ir vėl krisdamas ant karšto paviršiaus. Visa tai lydėjo beveik nuolatinės perkūnijos su galingomis elektros iškrovomis. Vėliau pradeda formuotis rezervuarai ir pirminiai vandenynai. Senovės Žemės atmosferoje nebuvo laisvo deguonies ir ji buvo prisotinta vulkaninių dujų, tarp kurių buvo sieros oksidai, azotas, amoniakas, anglies oksidai ir dioksidai, vandens garai ir daugybė kitų komponentų. Galinga kosminė ir saulės spinduliuotė (atmosferoje dar nebuvo ozono sluoksnio), dažnos ir stiprios elektros iškrovos, aktyvus vulkaninis aktyvumas, lydimas didelių radioaktyviųjų komponentų masės išsiskyrimo, lėmė organinių junginių, tokių kaip formaldehidas, susidarymą. skruzdžių rūgštis, karbamidas, pieno rūgštis, glicerinas, glicinas, kai kurios paprastos amino rūgštys ir kt. Kadangi atmosferoje nebuvo laisvo deguonies, šie junginiai nesioksidavo ir galėjo kauptis šiltame ir net verdančiame vandenyje ir pamažu darėsi sudėtingesnės struktūros. , sudarydami vadinamąjį „pirminį sultinį“. Šių procesų trukmė buvo daug milijonų ir dešimtys milijonų metų. Taip buvo realizuotas pirmasis biopoezės etapas – organinių monomerų susidarymas ir kaupimasis.

Organinių monomerų polimerizacijos etapas

Didelė dalis susidariusių monomerų buvo sunaikinta veikiant aukštai temperatūrai ir daugeliui cheminių reakcijų, įvykusių „pirminiame sultinyje“. Lakieji junginiai pateko į atmosferą ir praktiškai išnyko iš vandens telkinių. Periodiškas vandens telkinių džiūvimas lėmė daug kartų padidėjusią ištirpusių organinių junginių koncentraciją. Esant dideliam cheminiam aplinkos aktyvumui, vyko šių junginių komplikacijos procesai, jie galėjo tarpusavyje susijungti (kondensacijos reakcijos, polimerizacija ir kt.). Riebalų rūgštys, susijungusios su alkoholiais, gali sudaryti lipidus ir sudaryti riebalines plėveles vandens telkinių paviršiuje. Aminorūgštys gali jungtis viena su kita, sudarydamos vis sudėtingesnius peptidus. Gali susidaryti ir kitų tipų junginiai – nukleino rūgštys, polisacharidai ir kt. Pirmosios nukleorūgštys, kaip mano šiuolaikiniai biochemikai, buvo mažos RNR grandinės, nes jos, kaip ir oligopeptidai, galėjo spontaniškai susintetinti aplinkoje, kurioje buvo daug mineralinių medžiagų. komponentai, nedalyvaujant fermentams . Polimerizacijos reakcijos gali būti pastebimai suaktyvintos žymiai padidėjus tirpalo koncentracijai (išdžiūvus iš rezervuaro) ir net šlapiame smėlyje arba visiškai išdžiūvus rezervuarams (tokių reakcijų galimybę įvykti sausoje būsenoje parodė Amerikos biochemikas S. Foxas). Vėlesnės liūtys ištirpdė sausumoje susintetintas molekules ir su vandens srovėmis pernešė jas į rezervuarus. Tokie procesai gali būti cikliniai, todėl organiniai polimerai tampa dar sudėtingesni.

Koacervatų susidarymas

Kitas gyvybės atsiradimo etapas buvo koacervatų, tai yra didelių sudėtingų organinių polimerų sankaupų, susidarymas. Šio reiškinio priežastys ir mechanizmai vis dar iš esmės neaiškūs. Šio laikotarpio koacervatai dar buvo mechaninis organinių junginių mišinys, neturintis jokių gyvybės ženklų. Tam tikru momentu tarp RNR molekulių ir peptidų atsirado ryšiai, primenantys matricos baltymų sintezės reakcijas. Tačiau vis dar neaišku, kaip RNR užkodavo peptidų sintezę. Vėliau atsirado DNR molekulės, kurios dėl dviejų spiralių buvimo ir tikslesnės (lyginant su RNR) savikopijos (replikacijos) galimybės tapo pagrindiniais peptidų sintezės nešėjais, perduodančiais šią informaciją į RNR. Tokios sistemos (koacervatai) jau buvo panašios, bet dar nebuvo tokios, nes neturėjo tvarkingos vidinės struktūros, būdingos gyviems organizmams, ir negalėjo daugintis. Juk tam tikros peptidų sintezės reakcijos gali vykti ir neląsteliniuose homogenatuose.

Biologinių membranų atsiradimas

Sutvarkytos biologinės struktūros neįmanomos be biologinių membranų. Todėl kitas gyvybės formavimosi etapas buvo būtent šių struktūrų formavimas, izoliuojant ir apsaugant koacervatus nuo aplinkos, paverčiant juos autonominiais dariniais. Plėvelės galėjo susidaryti iš lipidų plėvelių, atsiradusių vandens telkinių paviršiuje. Prie lipidų molekulių galėjo prisirišti lietaus srautų į vandens telkinius atnešami arba šiuose vandens telkiniuose susidarę peptidai. Kai vandens telkiniai buvo sujudinti arba ant jų paviršiaus iškrito krituliai, gali atsirasti burbuliukų, apsuptų į membraną panašių junginių. Gyvybės atsiradimui ir evoliucijai buvo svarbios tos pūslelės, kurios supa koacervatus su baltymų ir nukleotidų kompleksais. Tačiau tokie dariniai dar nebuvo gyvi organizmai.

Probiontų – pirmųjų savaime besidauginančių organizmų – atsiradimas

Gyvais organizmais galėjo virsti tik tie koacervatai, kurie gebėjo savireguliuotis ir savaime daugintis. Taip pat vis dar neaišku, kaip atsirado šie sugebėjimai. Biologinės membranos suteikė autonomiją ir apsaugą koacervatams, o tai prisidėjo prie reikšmingo šiuose kūnuose vykstančių biocheminių reakcijų tvarkingumo. Kitas žingsnis buvo savaiminio dauginimosi atsiradimas, kai nukleino rūgštys (DNR ir/ar RNR) pradėjo ne tik užtikrinti peptidų sintezę, bet ir jos pagalba reguliuoti savaiminio dauginimosi bei medžiagų apykaitos procesus. Taip atsirado ląstelių struktūra su medžiagų apykaita ir gebėjimu daugintis. Būtent šias formas pavyko išsaugoti natūralios atrankos būdu. Taip koacervatai virto pirmaisiais gyvais organizmais – probiontais.

Baigėsi cheminės evoliucijos etapas, prasidėjo gyvosios medžiagos biologinės evoliucijos etapas. Tai įvyko prieš 3,5–3,8 milijardo metų. Gyvos ląstelės atsiradimas yra pirmoji didelė aromorfozė organinio pasaulio evoliucijoje.

Pirmieji gyvi organizmai savo sandara buvo artimi prokariotams, jie dar neturėjo stiprios ląstelės sienelės ir jokių tarpląstelinių struktūrų (buvo padengti biologine membrana, kurios vidiniai vingiai tarnavo kaip ląstelinės struktūros). Galbūt pirmieji probiontai turėjo paveldimą medžiagą, kurią reprezentavo RNR, o genomai su DNR atsirado vėliau evoliucijos procese. Yra nuomonė, kad tolesnė gyvybės raida kilo iš bendro protėvio, iš kurio kilo pirmieji prokariotai. Būtent tai užtikrino didelį visų prokariotų, o vėliau ir eukariotų, struktūros panašumą.

Spontaniškos gyvybės kartos neįmanoma šiuolaikinėmis sąlygomis

Dažnai kyla klausimas: kodėl spontaniška gyvų būtybių karta nevyksta šiuo metu? Juk jei gyvų organizmų dabar neatsiranda, tai kuo remiantis galime kurti hipotezes apie gyvybės atsiradimą tolimoje praeityje? Kur yra šios hipotezės tikimybės kriterijus? Atsakymai į šiuos klausimus gali būti tokie: 1) aukščiau pateikta biopoezės hipotezė daugeliu atžvilgių yra tik loginė konstrukcija, ji dar neįrodyta, turi daug prieštaravimų ir neaiškių dalykų (nors duomenų yra daug, tiek paleontologinių). ir eksperimentinis, leidžiantis daryti prielaidą būtent tokiai biopoezės raidai); 2) ši hipotezė su visu jos neišsamumu vis dėlto bando paaiškinti gyvybės atsiradimą remdamasi konkrečiomis žemiškomis sąlygomis, ir būtent čia slypi jos vertė; 3) naujų gyvų būtybių savaiminis formavimasis dabartiniame gyvybės vystymosi etape yra neįmanomas dėl šių priežasčių: a) organiniai junginiai ilgą laiką turi egzistuoti sankaupų pavidalu, palaipsniui kompleksuodami ir transformuodamiesi; šiuolaikinės Žemės oksiduojančios atmosferos sąlygomis tai neįmanoma, jie bus greitai sunaikinami; b) šiuolaikinėmis sąlygomis yra daug organizmų, kurie savo mitybai gali labai greitai panaudoti net nedidelius organinių medžiagų sankaupas.

Prisiminti!

Kokie cheminiai elementai sudaro baltymus ir nukleorūgštis?

Kas yra biologiniai polimerai?

Kokie organizmai vadinami autotrofais? Heterotrofai?

Biocheminės evoliucijos teorija. Labiausiai paplitęs XX a. gavo biocheminės evoliucijos teoriją, kurią nepriklausomai vienas nuo kito pasiūlė du iškilūs mokslininkai: rusų chemikas A. I. Oparinas (1894–1980) ir anglų biologas Johnas Haldane’as (1892–1964). Ši teorija grindžiama prielaida, kad ankstyvosiose Žemės vystymosi stadijose buvo ilgas laikotarpis, per kurį organiniai junginiai formavosi abiogeniškai. Energijos šaltinis šiems procesams buvo Saulės ultravioletinė spinduliuotė, kurios tuo metu nesulaikė ozono sluoksnis, nes senovės Žemės atmosferoje nebuvo nei ozono, nei deguonies. Sintetinti organiniai junginiai, kaupiami senovės vandenyne per dešimtis milijonų metų, sudarant vadinamąjį „pirminį sultinį“, kuriame gyvybė greičiausiai atsirado pirmųjų primityvių organizmų - probiontų pavidalu.

Šiai hipotezei pritarė daugybė mokslininkų iš skirtingų šalių ir jos pagrindu 1947 metais anglų tyrinėtojas Johnas Desmondas Bernalis (1901–1971) suformulavo šiuolaikinę gyvybės atsiradimo Žemėje teoriją, vadinamą biopoezės teorija.

Bernalis išskyrė tris pagrindinius gyvybės atsiradimo etapus: 1) abiogeninį organinių monomerų atsiradimą; 2) biologinių polimerų susidarymas; 3) membraninių struktūrų ir pirminių organizmų (probiontų) susidarymas. Pažvelkime atidžiau, kas atsitiko kiekviename iš šių etapų.

Abiogeninis organinių monomerų atsiradimas. Mūsų planeta atsirado maždaug prieš 4,6 milijardo metų. Palaipsniui tankėjant planetai išsiskyrė didžiulis šilumos kiekis, suskyla radioaktyvieji junginiai, iš Saulės atkeliavo kietos ultravioletinės spinduliuotės srovė. Po 500 milijonų metų Žemė pradėjo lėtai vėsti. Žemės plutos formavimąsi lydėjo aktyvi vulkaninė veikla. Pirminėje atmosferoje susikaupusios dujos – Žemės žarnyne vykstančių reakcijų produktai: anglies dioksidas (CO 2), anglies monoksidas (CO), amoniakas (NH 3), metanas (CH 4), vandenilio sulfidas (H 2 S) ir daugelis kitų. Tokios dujos vis dar patenka į atmosferą ugnikalnių išsiveržimų metu.

Nuo Žemės paviršiaus nuolat garuojantis vanduo kondensavosi viršutiniuose atmosferos sluoksniuose ir vėl lietaus pavidalu krito ant karšto žemės paviršiaus. Palaipsniui mažėjant temperatūrai, Žemę smogė liūtys, kurias lydėjo nuolatinės perkūnijos. Žemės paviršiuje pradėjo formuotis rezervuarai. Atmosferos dujos ir tos medžiagos, kurios buvo išplautos iš žemės plutos, ištirpo karštame vandenyje. Atmosferoje iš jo komponentų, veikiant dažnoms ir stiprioms elektros žaibo iškrovoms, galingai ultravioletinei spinduliuotei, aktyviam vulkaniniam aktyvumui, susidarė paprastos organinės medžiagos (formaldehidas, glicerinas, kai kurios aminorūgštys, karbamidas, pieno rūgštis ir kt.), lydėjo radioaktyvių junginių išmetimas. Kadangi atmosferoje dar nebuvo laisvo deguonies, šie junginiai, patekę į pirminio vandenyno vandenis, nebuvo oksiduoti ir galėjo kauptis, darydami sudėtingesnę struktūrą ir sudarydami koncentruotą „pirminį sultinį“. Tai tęsėsi dešimtis milijonų metų (135 pav.).

Ryžiai. 135. Pagrindiniai gyvybės formavimosi etapai

1953 metais amerikiečių mokslininkas Stanley Milleris atliko eksperimentą, kurio metu imitavo sąlygas, kurios Žemėje egzistavo prieš 4 milijardus metų (136 pav.). Vietoj žaibo išlydžių ir ultravioletinių spindulių mokslininkas kaip energijos šaltinį panaudojo aukštos įtampos elektros iškrovą (60 tūkst. voltų). Kelių dienų iškrovos iškrova energijos kiekiu atitiko 50 milijonų metų senovės Žemėje. Pasibaigus eksperimentui, pastatytame įrenginyje buvo aptikti organiniai junginiai: karbamidas, pieno rūgštis ir kai kurios paprastos aminorūgštys.

Biologinių polimerų ir koacervatų susidarymas. Pirmąjį biocheminės evoliucijos etapą patvirtino daugybė eksperimentų, tačiau kas nutiko kitame etape, mokslininkai galėjo tik spėlioti, remdamiesi chemijos ir molekulinės biologijos žiniomis. Matyt, susidariusios organinės medžiagos sąveikavo tarpusavyje ir su neorganiniais junginiais, patenkančiais į vandens telkinius. Dalis jų buvo sunaikinta, lakieji junginiai pateko į atmosferą. Aukšta temperatūra sukėlė nuolatinį vandens išgaravimą iš pirminių rezervuarų, dėl kurių susidarė daugybinė organinių junginių koncentracija. Riebalų rūgštys, reaguodamos su alkoholiais, sudarė lipidus, kurie rezervuarų paviršiuje sudarė riebalines plėveles. Aminorūgštys jungiasi viena su kita, sudarydamos peptidus. Svarbus šio etapo įvykis buvo nukleorūgščių – molekulių, galinčių daugintis, atsiradimas. Šiuolaikiniai biochemikai mano, kad pirmosios susidarė trumpos RNR grandinės, kurias buvo galima susintetinti savarankiškai, nedalyvaujant specialiems fermentams. Nukleino rūgščių susidarymas ir jų sąveika su baltymais tapo būtina gyvybės atsiradimo prielaida, kurios pagrindas yra matricos sintezės reakcijos ir medžiagų apykaita.

Ryžiai. 136. S. Millerio eksperimentas, imituojantis pirminės Žemės atmosferos sąlygas

Oparinas manė, kad lemiamas vaidmuo negyvus daiktus paverčiant gyvais tenka voverėms. Dėl savo struktūrinių ypatybių šios molekulės sugeba sudaryti koloidinius kompleksus, kurie pritraukia vandens molekules, kurios aplink baltymus suformuoja savotišką apvalkalą. Tokie kompleksai, susiliedami vienas su kitu, susidarė koacervuoja– statiniai, izoliuoti nuo likusios vandens masės. Koacervatai sugebėjo keistis medžiagomis su aplinka ir selektyviai kaupti įvairius junginius. Dėl koacervatų įsisavinimo metalų jonų susidarė fermentai. Koacervuojantys baltymai apsaugo nukleino rūgštis nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio. Tokios sistemos jau turėjo tam tikrų gyvybės savybių, tačiau joms trūko biologinių membranų, kurios paverstų jas pirmaisiais gyvais organizmais.

Membraninių struktūrų ir pirminių organizmų (probiontų) susidarymas. Iš rezervuarų paviršių dengiančių lipidinių plėvelių buvo galima suformuoti membranas, prie kurių buvo prisirišę įvairūs vandenyje ištirpę peptidai. Pučiant vėjo gūsiams arba sujudėjus rezervuarą, paviršinė plėvelė išlinko, nuo jos galėjo nutrūkti burbuliukai, pakilti į orą ir kristi atgal, pasidengdami antruoju lipidų-peptidų sluoksniu (137 pav.). Tolimesnei gyvybės evoliucijai buvo svarbios tos pūslelės, kuriose buvo koacervatai su baltymų-nukleorūgščių kompleksais. Biologinės membranos suteikė koacervatams apsaugą ir savarankišką egzistavimą, sukurdamos tvarką biocheminiuose procesuose. Vėliau buvo išsaugotos ir paverčiamos paprasčiausiais gyvais organizmais tik tos struktūros, kurios galėjo savireguliuotis ir savaime daugintis. Taip jie atsirado probiontai- primityvūs heterotrofiniai organizmai, kurie maitinosi pirmykščio sultinio organinėmis medžiagomis. Tai įvyko prieš 3,5–3,8 milijardo metų. Cheminė evoliucija baigėsi, atėjo laikas biologinė evoliucija gyvoji medžiaga (žr.).

Ryžiai. 137. Membraninių struktūrų formavimas (pagal A.I. Opariną)

Pirmieji organizmai. Pirmieji gyvi organizmai buvo anaerobiniai heterotrofai, neturėjo tarpląstelinių struktūrų ir savo struktūra buvo panašūs į šiuolaikinius prokariotus. Maisto ir energijos jie gaudavo iš abiogeninės kilmės organinių medžiagų. Tačiau cheminės evoliucijos metu, kuri truko 0,5–1,0 milijardo metų, sąlygos Žemėje pasikeitė. Ankstyvosiose evoliucijos stadijose susintetintų organinių medžiagų atsargos palaipsniui senka, tarp pirminių heterotrofų kilo arši konkurencija, kuri paspartino autotrofų atsiradimą.

Patys pirmieji autotrofai galėjo fotosintezuoti, tai yra, jie naudojo saulės spinduliuotę kaip energijos šaltinį, bet negamino deguonies. Tik vėliau atsirado cianobakterijos, kurios galėjo fotosintezuoti išskirdamos deguonį. Atmosferoje susikaupus deguoniui, susiformavo ozono sluoksnis, kuris apsaugojo pirminius organizmus nuo ultravioletinės spinduliuotės, tačiau kartu sustojo ir abiogeninė organinių medžiagų sintezė. Dėl deguonies susiformavo aerobiniai organizmai, kurie šiandien sudaro daugumą gyvų organizmų.

Lygiagrečiai gerėjant medžiagų apykaitos procesams, sudėtingėjo ir vidinė organizmų sandara: susidarė branduolys, ribosomos, membranos organeliai, t.y., atsirado eukariotinės ląstelės (138 pav.). Kai kurie pirminiai heterotrofai užmezgė simbiotinius ryšius su aerobinėmis bakterijomis. Juos užfiksavę heterotrofai pradėjo naudoti kaip energijos stotis. Taip atsirado šiuolaikinės mitochondrijos. Dėl šių simbiontų atsirado gyvūnai ir grybai. Kiti heterotrofai užfiksavo ne tik aerobinius heterotrofus, bet ir pirmines fotosintezės medžiagas – cianobakterijas, kurios pateko į simbiozę ir sudarė dabartinius chloroplastus. Taip atsirado augalų pirmtakai.

Ryžiai. 138. Galimas eukariotinių organizmų susidarymo kelias

Šiuo metu gyvi organizmai atsiranda tik dėl dauginimosi. Spontaniška gyvybės generacija šiuolaikinėmis sąlygomis neįmanoma dėl kelių priežasčių. Pirma, Žemės deguonies atmosferoje organiniai junginiai greitai sunaikinami, todėl negali kauptis ir tobulėti. Antra, šiuo metu yra daugybė heterotrofinių organizmų, kurie savo mitybai naudoja bet kokį organinių medžiagų sankaupą.

Peržiūrėkite klausimus ir užduotis

1. Kokie kosminiai veiksniai ankstyvosiose Žemės vystymosi stadijose buvo prielaidos organiniams junginiams atsirasti?

2. Pagal biopoezės teoriją įvardykite pagrindinius gyvybės atsiradimo etapus.

3. Kaip susidarė koacervatai, kokias savybes jie turėjo ir kokia kryptimi vystėsi?

4. Papasakokite, kaip atsirado probiontai.

5. Apibūdinkite, kaip pirmųjų heterotrofų vidinė struktūra gali tapti sudėtingesnė.

6. Kodėl spontaniška gyvybės karta šiuolaikinėmis sąlygomis neįmanoma?

<<< Назад

Pirmyn >>>

Abiogeninė organinių molekulių sintezė. Šiuolaikinės pažiūros į gyvybės kilmę. Ar šiandien Žemėje gali atsirasti gyvybė??			Data: 47 pamoka 9 klasė
Laukiami pamokos rezultatai
Pamokos tikslai		Švietimo Sąmoningų idėjų apie evoliuciją kaip istorinę organinio pasaulio raidą Žemėje formavimas. Apsvarstykite skirtingas gyvybės atsiradimo Žemėje teorijas, analizuokite argumentus už ir prieš Vystantis Mąstymo ugdymas, gebėjimas jį taikyti kognityvinėje ir komunikacinėje praktikoje Ugdyti gebėjimą logiškai mąstyti, daryti išvadas ir daryti išvadas; analizuoti ir pabrėžti pagrindinį dalyką iš siūlomos medžiagos. Švietimo Mokslinės pasaulėžiūros formavimas. Tolerantiško požiūrio į disidentus – kitų, nuo visuotinai priimtų, požiūrių šalininkus, puoselėjimas;
Pamokos tipas		sujungti
Pamokos tipas		studijuoti
Darbo forma		Grupės individas
Įranga		Dalomoji medžiaga, vatmano popierius, žymekliai
„O, įmink man gyvenimo mįslę, skaudžią senovinę mįslę, dėl kurios tiek daug galvų jau kovojo – galvos su hieroglifais nudažytomis skrybėlėmis, galvos su turbanais ir juodomis beretėmis, galvos su perukais ir tūkstančiai kitų vargšų žmonių galvų. ..“ G. Heine.
laikas	Scena/veikla			išteklių
Org momentas. 3 min Žinių atnaujinimas	Mieli draugai, manau, jūs visi be išimties uždavėte sau klausimą: „Kaip mūsų planetoje atsirado gyvybė? Šiandien bandysime įminti šią amžiną „gyvenimo mįslę“, apie kurią, kaip matyti iš mūsų pamokos epigrafo, susimąstė daugybė protingų žmonių. Norėdami tai padaryti, užduosime probleminius klausimus. Pamokos tema Tikslų nustatymas Kaip Žemėje atsirado gyvybė? Kokie šiuolaikiniai požiūriai ir hipotezės apie gyvybės atsiradimą Žemėje egzistuoja? Kurie iš jų įtikinamiausi? KAS YRA GYVENIMAS Friedrichas Engelsas: „Gyvenimas yra baltymų kūnų egzistavimo būdas, kurio esminis taškas yra nuolatinis medžiagų apykaita su juos supančia išorine gamta, o nutrūkus šiai medžiagų apykaitai, nutrūksta ir gyvybė, o tai veda prie kūnų irimo. baltymai“.
Tikrinant d.z. 5 minutės	Testas "Evoliucinė doktrina" 1.Evoliucija vadinama: a) individualus organizmų vystymasis b) individų kitimas c) istorinė negrįžtama organinio pasaulio raida d) augalų ir gyvūnų gyvenimo pokyčiai 2. Pagrindinė evoliucijos varomoji jėga yra: a) kintamumas b) paveldimumas c) kova už būvį d) natūrali atranka 3. Kova už būvį yra: a) organizmų konkurencija dėl aplinkos sąlygų b) vienos rūšies individų naikinimas kitos rūšies individais c) vienų rūšių simbiotiniai santykiai su kitomis d) rūšies išplitimas į naują teritoriją 4. Seksualinė atranka yra: a) natūrali atranka, vykstanti tarp tos pačios lyties individų veisimosi sezono metu b) natūrali atranka, kurią sukelia: konkurencija tarp tos pačios rūšies skirtingų lyčių individų dėl maisto c) dirbtinės atrankos forma, kuria siekiama sunaikinti patinus (pavyzdžiui, viščiukus, antis) 5. Ar ne natūralių veiksmų pavyzdžiai atranka: a) ispanų mastifo kilmė. b) pramoninis vabzdžių melanizmas c) bakterijų atsparumas antibiotikams d) naminių musių atsparumas pesticidams 6. Mimika yra: a) neapsaugotos ir valgomos rūšies panašumas į vieną ar daugiau nesusijusių rūšių, kurios yra gerai saugomos ir turi įspėjamąją spalvą b) dviejų giminingų rūšių individų formos ir spalvos panašumas. c) specialių apsaugos priemonių buvimas rūšies individams 7.Aromorfozė yra vienas iš šių evoliucinių įvykių: a) paukščių klasės atsiradimas b) daugybės plėšriųjų žinduolių šeimų atsiradimas
Naujos medžiagos mokymasis 7 minutes	Užduotys: 1 sukurti grupę 2. padaryti išvadas Klasterių sudarymas pagal grupes. 1 grupė Abiogeninė organinių medžiagų sintezė 2 grupė Šiuolaikinės pažiūros į gyvybės kilmę 3 grupė Idėjų apie gyvybės kilmę kūrimas
Pirminis konsolidavimas 5 minutės	Diskusijos esė rašymo algoritmas: Aptariama tema (problema). Mano pozicija. Trumpas pagrindimas. Galimi prieštaravimai, kuriuos gali pareikšti kiti. Priežastis, kodėl ši pozicija vis dar teisinga. Išvada
Atspindys	Laisvas mikrofonas
3 min Namas. pratimas	Suformuluokite naują gyvybės atsiradimo Žemėje hipotezę Geologai, biologai ir visi paleontologai Genetikai ir chemikai Jie krapšto galvą O gal vienas iš jūsų Sukurkite savo hipotezę Kaip, kodėl, kada ir kur Ar gyvybė atsirado Žemėje?

I. Abiogeninė organinių medžiagų sintezė – organinių medžiagų susidarymas iš neorganinių medžiagų

1. Atsirado prieš 3,5 mlrd

2. Pirminiame vandenyne jis buvo atliktas dviem etapais:

Pirmasis etapas yra mažos molekulinės masės organinių junginių susidarymas

- pirminės atmosferos angliavandeniliai (CH4) reaguoja su vandens garais, NH3, H2, CO2, CO, N2, susidarant tarpiniams organiniams junginiams: alkoholiams, aldehidams, ketonams, organinėms rūgštims, kurios su lietumi nukrito į vandenyną

- tarpiniai junginiai pirminiame vandenyne virto monosacharidus, aminorūgštis, nukleotidus, fosfatus - ATP (energijos šaltiniai sintezei galėjo būti elektros žaibo iškrovos, ultravioletinė spinduliuotė, šiluminė energija, smūginės bangos, išsiveržusių ugnikalnių energija, potvynio energija ir kt.). )

– tokios sintezės galimybę 1953 metais eksperimentiškai įrodė S. Milleris (amerikietis) – sandariame aparate su verdančiu vandeniu ir šaldytuvu, imituojant prieš 4 milijardus metų Žemėje egzistavusias sąlygas, kuriose CH4 mišinys, NH4 ir H2 dujos buvo dedamos einant per elektros iškrovas, gaunami mažos molekulinės masės organiniai junginiai - karbamidas, alkoholiai, aldehidai, organinės rūgštys, monosacharidai, riebalų rūgštys, įvairios aminorūgštys (jei vietoje jonizuojančiosios UV spinduliuotės ar šilumos). elektros iškrovų, kitų amino rūgščių, riebalų rūgščių, cukrų gauta iki 600 - ribozės, dezoksiribozės, azoto bazių - nukleotidų)

- abiogeninės organinių junginių sintezės galimybę patvirtina tai, kad jie randami erdvėje (formaldehidas, skruzdžių rūgštis, etilo alkoholis ir kt.)

Antrasis etapas – didelės molekulinės masės organinių medžiagų sintezė iš paprastų organinių junginių – biopolimerų: baltymų, lipidų, polisacharidų, nukleino rūgščių (RNR)

1. Atsirado pirmykščiame vandenyne

2. Atlikta polikondensacijos reakcijų (polimerizacijos) rezultatas; reikiama energija buvo pasiekta maždaug 100 C temperatūroje arba jonizuojančia spinduliuote pašalinant laisvą vandenį (S. Fox, American, 1997)

3. Mažos molekulinės masės medžiagų koncentracija, reikalinga reakcijai pradėti, buvo pasiekta dėl jų adsorbcijos dugno molio nuosėdose arba poringuose vulkaniniuose tufuose.

(eksperimentiškai įrodyta, kad vandeninis aminorūgščių tirpalas, esant aliuminio oksidui ir ATP, gali sudaryti polimerų grandines – polipeptidus)

4. Jūrų ir vandenynų vanduo buvo prisotintas abiogeninės kilmės biopolimerais, susidarant vadinamiesiems. "pirminis sultinys"

Šiuolaikinės pažiūros į gyvybės kilmę

A.I. Oparino hipotezė. Svarbiausias A.I. Oparino hipotezės bruožas yra laipsniškas gyvybės pirmtakų (probiontų) cheminės struktūros ir morfologinės išvaizdos komplikacijos pakeliui į gyvus organizmus.

Daugybė įrodymų rodo, kad gyvybės atsiradimo aplinka galėjo būti jūrų ir vandenynų pakrantės zonos. Čia, jūros, sausumos ir oro sandūroje, susidarė palankios sąlygos sudėtingiems organiniams junginiams susidaryti. Pavyzdžiui, kai kurių organinių medžiagų (cukrų, alkoholių) tirpalai yra labai stabilūs ir gali egzistuoti neribotą laiką. Koncentruotuose baltymų ir nukleorūgščių tirpaluose gali susidaryti krešuliai, panašūs į želatinos krešulius vandeniniuose tirpaluose. Tokie krešuliai vadinami koacervatiniais lašeliais arba koacervatais (70 pav.). Koacervatai gali adsorbuoti įvairias medžiagas. Iš tirpalo į juos patenka cheminiai junginiai, kurie dėl koacervuotų lašelių vykstančių reakcijų virsta ir patenka į aplinką.

Koacervatai dar nėra gyvi padarai. Jie rodo tik išorinį panašumą į tokias gyvų organizmų savybes kaip augimas ir medžiagų apykaita su aplinka. Todėl koacervatų atsiradimas laikomas priešgyvenimo vystymosi etapu.

Koacervatai buvo labai ilgai atrenkami siekiant stabilumo. Stabilumas buvo pasiektas sukūrus fermentus, kurie kontroliuoja tam tikrų junginių sintezę. Svarbiausias gyvybės atsiradimo etapas buvo mechanizmo, leidžiančio atgaminti savo rūšį ir paveldėti ankstesnių kartų savybes, atsiradimas. Tai tapo įmanoma dėl sudėtingų nukleorūgščių ir baltymų kompleksų susidarymo. Nukleino rūgštys, galinčios savaime daugintis, pradėjo kontroliuoti baltymų sintezę, nustatydamos aminorūgščių tvarką juose. Ir fermentų baltymai atliko naujų nukleorūgščių kopijų kūrimo procesą. Taip atsirado pagrindinė gyvybei būdinga savybė – gebėjimas atgaminti į save panašias molekules.

Gyvos būtybės yra vadinamosios atviros sistemos, t. y. sistemos, į kurias energija patenka iš išorės. Be energijos tiekimo gyvybė negali egzistuoti. Kaip žinia, pagal energijos vartojimo metodus (žr. III skyrių) organizmai skirstomi į dvi dideles grupes: autotrofinius ir heterotrofinius. Autotrofiniai organizmai saulės energiją tiesiogiai naudoja fotosintezės procese (žalieji augalai), heterotrofiniai – energiją, kuri išsiskiria skaidant organines medžiagas.

Akivaizdu, kad pirmieji organizmai buvo heterotrofai, gaudami energiją be deguonies skaidydami organinius junginius. Gyvybės aušroje Žemės atmosferoje nebuvo laisvo deguonies. Šiuolaikinės cheminės sudėties atmosferos atsiradimas yra glaudžiai susijęs su gyvybės raida. Dėl fotosintezės galių organizmų atsiradimo į atmosferą ir vandenį pateko deguonis. Esant jai tapo įmanomas organinių medžiagų skaidymas deguonimi, kuris pagamina daug kartų daugiau energijos nei nesant deguonies.

Nuo pat atsiradimo momento gyvybė sudaro vieną biologinę sistemą – biosferą (žr. XVI skyrių). Kitaip tariant, gyvybė atsirado ne atskirų izoliuotų organizmų pavidalu, o iš karto bendrijų pavidalu. Visos biosferos evoliucijai būdingas nuolatinis komplikavimas, tai yra vis sudėtingesnių struktūrų atsiradimas.

Ar dabar Žemėje gali atsirasti gyvybė? Iš to, ką žinome apie gyvybės atsiradimą Žemėje, aišku, kad gyvų organizmų atsiradimo iš paprastų organinių junginių procesas buvo itin ilgas. Kad Žemėje atsirastų gyvybė, prireikė daug milijonų metų trukusio evoliucinio proceso, kurio metu sudėtingos molekulinės struktūros, pirmiausia nukleino rūgštys ir baltymai, buvo atrinktos stabilumui, gebėjimui daugintis savo rūšiai.

Jei šiandien Žemėje kur nors intensyvaus vulkaninio aktyvumo zonose gali atsirasti gana sudėtingų organinių junginių, tai tikimybė, kad šie junginiai egzistuotų bet kurį laiką, yra nereikšminga. Juos tuoj pat oksiduos arba panaudos heterotrofiniai organizmai. Charlesas Darwinas tai puikiai suprato. 1871 m. jis rašė: „Bet jei dabar... kokiame nors šiltame vandens telkinyje, kuriame yra visos reikalingos amonio ir fosforo druskos ir pasiekiamas šviesos, šilumos, elektros ir kt. įtaka, chemiškai susidarė baltymas, kuris gali tolesnių, vis sudėtingesnių transformacijų, ši medžiaga būtų nedelsiant sunaikinta arba absorbuojama, o tai buvo neįmanoma laikotarpiu prieš gyvų būtybių atsiradimą.

Gyvybė Žemėje atsirado abiogeniškai. Šiuo metu gyvi daiktai atsiranda tik iš gyvų būtybių (biogeninės kilmės). Atmesta galimybė, kad Žemėje vėl atsiras gyvybė.

Idėjų apie gyvybės kilmę plėtojimas

Gyvybės atsiradimo Žemėje teorija. Nuo seniausių laikų iki mūsų laikų buvo iškelta daugybė hipotezių apie gyvybės kilmę Žemėje. Visa jų įvairovė priklauso nuo dviejų vienas kitą paneigiančių požiūrių.

Biogenezės teorijos šalininkai (iš graikų "bios" - gyvybė ir "genesis" - kilmė) tikėjo, kad visa gyva yra tik iš gyvų būtybių. Jų priešininkai gynė abiogenezės teoriją („a“ - lot., neigiamas priešdėlis); jie tikėjo, kad gyvų būtybių atsiradimas iš negyvų dalykų yra įmanomas.

Daugelis viduramžių mokslininkų manė spontaniškos gyvybės atsiradimo galimybę. Jų nuomone, iš dumblo galėtų gimti žuvys, iš dirvos – kirminai, iš dumblo – pelės, iš mėsos – musės ir t.t.

Prieš spontaniškos kartos teoriją XVII a. Kalbėjo Florencijos gydytojas Francesco Redi. Įdėjęs mėsą į uždarą puodą, Redi parodė, kad supuvusioje mėsoje pūslelinės lervos savaime nesudygsta. Savaiminio generavimo teorijos šalininkai nepasidavė, jie tvirtino, kad spontaniškas lervų generavimas neįvyko vien dėl to, kad į uždarą puodą nepateko oro. Tada Redi įdėjo mėsos gabalus į kelis gilius indus. Kai kuriuos jis paliko atvirus, o kai kuriuos uždengė muslinu. Po kurio laiko mėsa atviruose induose knibždėte knibždėte knibžda musių lervų, o muslinu padengtuose induose supuvusioje mėsoje lervų nebuvo.

Mikroskopas žmonėms atskleidė mikropasaulį. Stebėjimai parodė, kad mikroorganizmai po kurio laiko aptinkami sandariai uždarytoje kolboje su mėsos sultiniu ar šieno antpilu. Bet kai tik mėsos sultinys buvo virinamas valandą ir kaklelis buvo sandariai uždarytas, uždarytoje kolboje nieko neatsirado. Vitalistai teigė, kad ilgai verdant žūva „gyvybinė jėga“, kuri negali prasiskverbti pro sandarią kolbą.

Ginčai tarp abiogenezės ir biogenezės šalininkų tęsėsi ir XIX a. Net Lamarkas 1809 m. rašė apie spontaniško grybų susidarymo galimybę.

Pastero eksperimentas. Pasirodžius Darvino knygai „Rūšių kilmė“, vėl iškilo klausimas, kaip Žemėje atsirado gyvybė. Prancūzijos mokslų akademija 1859 m. skyrė specialų prizą už bandymą naujai nušviesti spontaniškos kartos klausimą. Šį prizą 1862 metais gavo garsus prancūzų mokslininkas Louisas Pasteuras.

LOUIS PASTER (1822-1895) – prancūzų mikrobiologas ir chemikas. Mikrobiologijos įkūrėjas. Atrastos anaerobinės bakterijos. Parodė fermentacijos energetinę vertę. Tyrė gyvybės atsiradimo galimybės problemą. Jis pasiūlė skiepytis nuo pasiutligės, juodligės ir pasterizuoti (kaitinant iki 70 °C), kad būtų galima sunaikinti gyvas bakterijas (bet ne jų sporas), kad būtų išsaugotas maistas.

L. Pasteuras atliko eksperimentą, kuris paprastumu nukonkuravo garsųjį Redi eksperimentą. Kolboje, kurioje galėjo augti mikroorganizmai, virdavo įvairias maistines terpes. Kolboje ilgai verdant žuvo ne tik mikroorganizmai, bet ir jų sporos. Prisimindamas vitalistinį teiginį, kad mitinė „gyvybės jėga“ negali prasiskverbti pro sandarią kolbą, Pasteras prie jo pritvirtino S formos vamzdelį su laisvu galu (68 pav.). Mikroorganizmų sporos nusėdo ant plono lenkto vamzdelio paviršiaus ir negalėjo prasiskverbti į maistinę terpę. Gerai išvirta maistinė terpė išliko sterili, joje nepastebėta spontaniško mikroorganizmų susidarymo, nors prieiga prie oro (o kartu ir garsioji „gyvybinė jėga“) buvo užtikrinta.

Ryžiai. 68. L. Pasteur eksperimento kolbose su S formos kakleliu schema.
A - kolboje su S formos kakleliu maistinė terpė po virimo ilgai išlieka sterili; B - jei pašalinsite S formos gerklę, tada aplinkoje greitai vystosi mikroorganizmai

Pastero eksperimentai įrodė, kad spontaniškai susikurti gyvybę neįmanoma. „Gyvybės jėgos“ – vitalizmo – sąvoka buvo sutriuškinta.

Abiogeninė organinių medžiagų sintezė. Pastero eksperimentas parodė, kad šiuo metu neįmanoma spontaniškai sukurti gyvybę. Klausimas apie gyvybės kilmę mūsų planetoje liko atviras ilgą laiką.

1924 m. garsus biochemikas A. I. Oparinas pasiūlė, kad esant galingoms elektros iškrovoms žemės atmosferoje, kurią prieš 4–4,5 milijardo metų sudarė amoniakas, metanas, anglies dioksidas ir vandens garai, gali atsirasti paprasčiausi organiniai junginiai, būtini gyvenimą. Akademiko Oparino prognozė pasitvirtino. 1955 m. amerikiečių tyrinėtojas S. Milleris, leisdamas iki 60 000 V įtampos elektros iškrovas per CH 4, NH 3, H 2 ir H 2 0 garų mišinį, esant kelių paskalių slėgiui 80 ° C temperatūroje, gautos paprasčiausios riebalų rūgštys, karbamidas , acto ir skruzdžių rūgštys bei kelios aminorūgštys, įskaitant gliciną ir alaniną (69 pav.).

Ryžiai. 69. S. Millerio prietaiso, kuriame sintetinamos aminorūgštys, schema

Kaip jau žinome, aminorūgštys yra „statybiniai blokai“, iš kurių gaminamos baltymų molekulės. Todėl eksperimentiniai įrodymai, kad iš neorganinių junginių gali susidaryti aminorūgštys, yra nepaprastai svarbus požymis, kad pirmasis žingsnis gyvybės atsiradimo Žemėje link buvo abiogeninė (nebiologinė) organinių medžiagų sintezė (žr. priekinį musės lapą).

Žmonėms, kurie nori nuolat tobulėti, kažko išmokti ir nuolat išmokti ko nors naujo, specialiai sukūrėme šią kategoriją. Jame yra išskirtinai mokomojo, naudingo turinio, kuris jums tikrai patiks. Daug vaizdo įrašų gali konkuruoti net su išsilavinimu, kurį gauname mokykloje, kolegijoje ar universitete. Didžiausias dalykas mokomuosiuose vaizdo įrašuose yra tai, kad jie stengiasi pateikti naujausią, aktualiausią informaciją. Technologijų eroje mus supantis pasaulis nuolat keičiasi, o spausdinti mokomieji leidiniai tiesiog nespėja pateikti naujausios informacijos.

Tarp vaizdo įrašų taip pat galite rasti mokomųjų vaizdo įrašų ikimokyklinio amžiaus vaikams. Ten jūsų vaikas bus mokomas raidžių, skaičių, skaičiavimo, skaitymo ir kt. Sutikite, tai labai gera animacinių filmų alternatyva. Pradinių klasių mokiniams taip pat galite rasti anglų kalbos mokymą ir pagalbą mokantis mokyklinių dalykų. Vyresniems mokiniams sukurti mokomieji filmukai, kurie padės pasiruošti įskaitoms, egzaminams ar tiesiog pagilinti tam tikro dalyko žinias. Įgytos žinios gali turėti kokybinės įtakos jų protiniam potencialui, taip pat pradžiuginti puikiais pažymiais.

Jauniems žmonėms, kurie jau baigė mokyklą, studijuoja ar nesimoko universitete, yra daug patrauklių mokomųjų vaizdo įrašų. Jie gali padėti jiems pagilinti žinias apie profesiją, kurios mokosi. Arba įgyti profesiją, pvz., programuotojo, interneto dizainerio, SEO optimizuotojo ir kt. Šios profesijos universitetuose kol kas nemokoma, todėl šios pažangios ir aktualios srities specialistu galite tapti tik savišvietos būdu, į kurią stengiamės padėti rinkdami naudingiausius vaizdo įrašus.

Suaugusiesiems ši tema taip pat aktuali, nes dažnai nutinka taip, kad ilgus metus dirbdamas pagal profesiją supranti, kad tai ne tavo reikalas ir nori išmokti ko nors labiau sau tinkančio ir tuo pačiu pelningesnio. Taip pat tarp šios kategorijos žmonių dažnai yra vaizdo įrašų apie savęs tobulinimą, laiko ir pinigų taupymą, gyvenimo optimizavimą, kuriuose jie randa būdų gyventi daug geriau ir laimingiau. Net ir suaugusiems savo verslo kūrimo ir plėtros tema labai tinka.

Taip pat tarp mokomųjų vaizdo įrašų yra vaizdo įrašų, skirtų beveik bet kokiam amžiui, juose galite sužinoti, kaip prasidėjo gyvenimas, kokios evoliucijos teorijos egzistuoja, istorijos faktus ir kt. Jie puikiai praplečia žmogaus akiratį, paverčia jį daug eruditiškesniu ir malonesniu intelektualiu pašnekovu. Tokius mokomuosius filmukus tikrai naudinga žiūrėti visiems be išimties, nes žinios yra jėga. Linkime malonaus ir naudingo žiūrėjimo!

Šiais laikais tiesiog būtina būti tuo, kas vadinama „ant bangos“. Tai reiškia ne tik naujienas, bet ir savo proto raidą. Jei nori tobulėti, tyrinėti pasaulį, būti paklausus visuomenėje ir būti įdomus, tai ši skiltis kaip tik tau.

Gyvybės kilmė Žemėje yra pagrindinė ir neišspręsta gamtos mokslų problema, dažnai naudojama kaip mokslo ir religijos susidūrimo pagrindas. Jei gyvosios medžiagos evoliucijos buvimą gamtoje galima laikyti įrodytu, nes buvo atskleisti jos mechanizmai, archeologai atrado senovinius, paprasčiau struktūrizuotus organizmus, tai ne viena gyvybės kilmės hipotezė turi tokią plačią įrodymų bazę. Evoliuciją galime stebėti savo akimis, bent jau atrankoje. Niekam nepavyko iš negyvų dalykų sukurti gyvų dalykų.

Nepaisant daugybės hipotezių apie gyvybės kilmę, tik viena iš jų turi priimtiną mokslinį paaiškinimą. Tai yra hipotezė abiogenezė- ilgalaikė cheminė evoliucija, kuri vyko ypatingomis senovės Žemės sąlygomis ir buvo ankstesnė už biologinę evoliuciją. Tuo pačiu metu iš neorganinių medžiagų iš pradžių buvo susintetintos paprastos organinės medžiagos, vėliau – sudėtingesnės, vėliau atsirado biopolimerai, kiti etapai labiau spekuliatyvūs ir sunkiai įrodomi. Abiogenezės hipotezė turi daug neišspręstų problemų ir skirtingų požiūrių į tam tikrus cheminės evoliucijos etapus. Tačiau kai kurie jo punktai buvo patvirtinti eksperimentiškai.

Kitos gyvybės kilmės hipotezės - panspermija(atneša gyvybę iš kosmoso), kreacionizmas(kūrėjo sukurtas), spontaniška karta(gyvi organizmai staiga atsiranda negyvoje medžiagoje), pastovi būsena(gyvenimas visada egzistavo). Spontaniškos gyvybės generavimo negyvuose dalykuose neįmanomumą įrodė Louisas Pasteuras (XIX a.) ir nemažai mokslininkų iki jo, bet ne taip kategoriškai (F. Redi – XVII a.). Panspermijos hipotezė nesprendžia gyvybės atsiradimo problemos, o perkelia ją iš Žemės į kosmosą ar kitas planetas. Tačiau paneigti šią hipotezę sunku, ypač tie jos atstovai, kurie teigia, kad gyvybę į Žemę atnešė ne meteoritai (šiuo atveju gyviai galėjo degti atmosferos sluoksniuose, būti paveikti griaunančio kosminio poveikio. spinduliuotė ir kt.), bet protingos būtybės. Bet kaip jie pateko į Žemę? Fizikos požiūriu (didžiulis Visatos dydis ir negalėjimas įveikti šviesos greičio) tai vargu ar įmanoma.

Pirmą kartą galimą abiogenezę pagrindė A.I. Oparinas (1923-1924), vėliau šią hipotezę sukūrė J. Haldane'as (1928). Tačiau mintį, kad gyvybė Žemėje galėjo atsirasti prieš abiogeninį organinių junginių susidarymą, išreiškė jau Darvinas. Abiogenezės teoriją tobulino ir iki šiol tobulina kiti mokslininkai. Pagrindinė jos neišspręsta problema yra perėjimo nuo sudėtingų negyvų sistemų prie paprastų gyvų organizmų detalės.

1947 m. J. Bernalis, remdamasis Oparino ir Haldane'o raidomis, suformulavo biopoezės teoriją, nustatydamas tris abiogenezės etapus: 1) abiogeninį biologinių monomerų atsiradimą; 2) biopolimerų susidarymas; 3) membranų susidarymas ir pirminių organizmų (protobiontų) susidarymas.

Abiogenezė

Žemiau bendrais bruožais aprašomas hipotetinis gyvybės atsiradimo scenarijus pagal abiogenezės teoriją.

Žemės amžius yra apie 4,5 milijardo metų. Mokslininkų teigimu, skystas vanduo planetoje, taip reikalingas gyvybei, atsirado ne anksčiau kaip prieš 4 mlrd. Tuo pačiu metu, prieš 3,5 milijardo metų, Žemėje jau egzistavo gyvybė, tai įrodo atrastos tokio amžiaus uolienos su mikroorganizmų gyvybinės veiklos pėdsakais. Taigi pirmieji paprasčiausi organizmai atsirado palyginti greitai – per mažiau nei 500 milijonų metų.

Kai Žemė susiformavo pirmą kartą, jos temperatūra galėjo siekti 8000 °C. Planetai vėsstant, metalai ir anglis, sunkiausi elementai, kondensavosi ir sudarė žemės plutą. Tuo pačiu metu vyko vulkaninis aktyvumas, pluta judėjo ir susispaudė, ant jos susidarė raukšlės ir įtrūkimai. Gravitacinės jėgos paskatino plutos sutankinimą, o tai išleido energiją šilumos pavidalu.

Lengvųjų dujų (vandenilio, helio, azoto, deguonies ir kt.) planeta nesulaikė ir iškeliavo į kosmosą. Tačiau šie elementai išliko kitų medžiagų sudėtyje. Kol temperatūra Žemėje nukrito žemiau 100 °C, visas vanduo buvo garų būsenoje. Temperatūrai nukritus, daug kartų kartojosi garavimas ir kondensacija, buvo gausūs liūtys ir perkūnija. Karšta lava ir vulkaniniai pelenai, patekę į vandenį, sukūrė skirtingas aplinkos sąlygas. Kai kuriais atvejais gali pasireikšti tam tikros reakcijos.

Taigi fizinės ir cheminės sąlygos ankstyvojoje Žemėje buvo palankios organinėms ir neorganinėms medžiagoms susidaryti. Atmosfera buvo redukuojančio tipo, joje nebuvo laisvo deguonies ir ozono sluoksnio. Todėl ultravioletinė ir kosminė spinduliuotė prasiskverbė į Žemę. Kiti energijos šaltiniai buvo dar neatvėsusi žemės plutos šiluma, išsiveržę ugnikalniai, perkūnija, radioaktyvus skilimas.

Atmosferoje buvo metano, anglies oksidų, amoniako, vandenilio sulfido, cianido junginių ir vandens garų. Iš jų susintetinta nemažai paprastų organinių medžiagų. Toliau gali susidaryti aminorūgštys, cukrūs, azoto bazės, nukleotidai ir kiti sudėtingesni organiniai junginiai. Daugelis jų tarnavo kaip būsimų biologinių polimerų monomerai. Laisvo deguonies nebuvimas atmosferoje paskatino reakcijų atsiradimą.

Cheminiai eksperimentai (pirmą kartą 1953 m. S. Milleris ir G. Ury), imituojant senovės Žemės sąlygas, įrodė abiogeninės organinių medžiagų sintezės iš neorganinių galimybę. Leidžiant elektros išlydžius per primityvią atmosferą imituojantį dujų mišinį, esant vandens garams, buvo gautos aminorūgštys, organinės rūgštys, azotinės bazės, ATP ir kt.

Pažymėtina, kad senovės Žemės atmosferoje paprasčiausios organinės medžiagos galėjo susidaryti ne tik abiogeniškai. Jie taip pat buvo atvežti iš kosmoso ir patalpinti vulkaninėse dulkėse. Be to, tai gali būti gana dideli organinių medžiagų kiekiai.

Mažos molekulinės masės organiniai junginiai kaupėsi vandenyne, sukurdami vadinamąją pirmykštę sriubą. Medžiagos buvo adsorbuotos ant molio nuosėdų paviršiaus, todėl padidėjo jų koncentracija.

Tam tikromis senovės Žemės sąlygomis (pavyzdžiui, ant molio, auštančių ugnikalnių šlaituose) galėjo vykti monomerų polimerizacija. Taip susidarė baltymai ir nukleorūgštys – biopolimerai, vėliau tapę cheminiu gyvybės pagrindu. Vandeninėje aplinkoje polimerizacija mažai tikėtina, nes depolimerizacija dažniausiai vyksta vandenyje. Eksperimentai įrodė galimybę susintetinti polipeptidą iš aminorūgščių, susilietus su karštos lavos gabalėliais.

Kitas svarbus žingsnis kelyje į gyvybės atsiradimą yra koacervatinių lašelių susidarymas vandenyje ( koacervuoja) iš polipeptidų, polinukleotidų ir kitų organinių junginių. Tokių kompleksų išorėje galėtų būti sluoksnis, imituojantis membraną ir išlaikantis jų stabilumą. Koacervatai buvo eksperimentiškai gauti koloidiniuose tirpaluose.

Baltymų molekulės yra amfoterinės. Jie pritraukia vandens molekules prie savęs taip, kad aplink jas susidaro apvalkalas. Susidarę koloidiniai hidrofiliniai kompleksai išskiriami iš vandens masės. Dėl to vandenyje susidaro emulsija. Toliau koloidai susilieja vienas su kitu ir susidaro koacervatai (procesas vadinamas koacervacija). Koacervato koloidinė sudėtis priklausė nuo terpės, kurioje jis susidarė, sudėties. Skirtinguose senovės Žemės rezervuaruose susidarė skirtingos cheminės sudėties koacervatai. Kai kurie iš jų buvo stabilesni ir tam tikru mastu galėjo atlikti selektyvų metabolizmą su aplinka. Vyko savotiška biocheminė natūrali atranka.

Koacervatai geba selektyviai absorbuoti tam tikras medžiagas iš aplinkos ir išleisti į ją tam tikrus jose vykstančių cheminių reakcijų produktus. Tai kaip medžiagų apykaita. Medžiagoms kaupiantis, koacervatai augo, o pasiekę kritinius dydžius suskilo į dalis, kurių kiekviena išlaikė pirminės organizacijos bruožus.

Cheminės reakcijos gali vykti pačiuose koacervatuose. Fermentai gali susidaryti, kai metalų jonai buvo absorbuojami koacervatų.

Evoliucijos procese išliko tik tos sistemos, kurios buvo pajėgios savireguliuotis ir savaime daugintis. Taip prasidėjo kitas gyvybės atsiradimo etapas – atsiradimas protobiontai(pagal kai kuriuos šaltinius, tai yra tas pats, kas koacervatai) - kūnai, turintys sudėtingą cheminę sudėtį ir daugybę gyvų būtybių savybių. Protobiontus galima laikyti stabiliausiais ir sėkmingiausiai gaunamais koacervatais.

Membrana gali būti suformuota tokiu būdu. Riebalų rūgštys kartu su alkoholiais sudaro lipidus. Lipidai sudarė plėveles rezervuarų paviršiuje. Jų įkrautos galvos nukreiptos į vandenį, o nepoliariniai galai nukreipti į išorę. Vandenyje plūduriuojančios baltymų molekulės buvo pritrauktos prie lipidų galvučių, todėl susidarė dvigubos lipoproteinų plėvelės. Vėjas tokią plėvelę galėtų sulenkti, susidarytų burbuliukai. Šiose pūslelėse galėjo atsitiktinai įstrigti koacervatai. Kai tokie kompleksai vėl pasirodė vandens paviršiuje, jie buvo padengti antruoju lipoproteinų sluoksniu (dėl hidrofobinės sąveikos su nepoliniais lipidų galais, nukreiptais vienas į kitą). Bendras šiandieninių gyvų organizmų membranos išdėstymas yra du lipidų sluoksniai viduje ir du baltymų sluoksniai, išsidėstę pakraščiuose. Tačiau per milijonus evoliucijos metų membrana tapo sudėtingesnė dėl į lipidų sluoksnį panardintų ir į jį prasiskverbiančių baltymų, atskirų membranos dalių išsikišimo ir įsiskverbimo ir kt.

Koacervatuose (arba protobiontuose) gali būti jau esamų nukleorūgščių molekulių, galinčių savarankiškai daugintis. Be to, kai kuriuose protobiontuose gali įvykti toks restruktūrizavimas, kad nukleorūgštis pradėjo koduoti baltymą.

Protobiontų evoliucija nebėra cheminė, o prebiologinė evoliucija. Dėl to pagerėjo baltymų katalizinė funkcija (jie pradėjo veikti kaip fermentai), membranos ir selektyvus jų pralaidumas (dėl to protobiontas yra stabilus polimerų rinkinys), atsirado šablonų sintezė (informacijos perkėlimas iš nukleino rūgšties). į nukleino rūgštį ir iš nukleino rūgšties į baltymą).

Gyvybės atsiradimo ir raidos etapai

	Evoliucija	rezultatus
1	Cheminė evoliucija – junginių sintezė	Paprastos organinės medžiagos Biopolimerai
2	Prebiologinė evoliucija – cheminė atranka: išlieka stabiliausi protobiontai, galintys savarankiškai daugintis	Koacervatai ir protobiontai Fermentų katalizė Matricos sintezė Membrana
3	Biologinė evoliucija – biologinė atranka: kova už būvį, labiausiai prisitaikiusių prie aplinkos sąlygų išlikimas	Organizmų prisitaikymas prie specifinių aplinkos sąlygų Gyvų organizmų įvairovė

Viena didžiausių gyvybės atsiradimo paslapčių išlieka klausimas, kaip RNR užkodavo baltymų aminorūgščių seką. Klausimas susijęs su RNR, o ne DNR, nes manoma, kad iš pradžių ribonukleino rūgštis vaidino ne tik paveldimos informacijos įgyvendinimą, bet ir buvo atsakinga už jos saugojimą. DNR ją pakeitė vėliau, atsiradusi iš RNR atvirkštinės transkripcijos būdu. DNR geriau tinka informacijai saugoti ir yra stabilesnė (mažiau linkusi į reakcijas). Todėl evoliucijos procese būtent ji liko informacijos saugotoja.

1982 metais T. Checkas atrado RNR katalizinį aktyvumą. Be to, RNR gali būti susintetinta tam tikromis sąlygomis, net ir nesant fermentų, taip pat suformuoti savo kopijas. Todėl galima daryti prielaidą, kad RNR buvo pirmieji biopolimerai (RNR-pasaulio hipotezė). Kai kurios RNR sekcijos galėjo netyčia koduoti peptidus, naudingus protobiontui, kitos RNR dalys evoliucijos procese tapo iškirptais intronais.

Protobiontuose atsirado grįžtamasis ryšys – RNR koduoja fermentinius baltymus, fermentiniai baltymai didina nukleorūgščių kiekį.

Biologinės evoliucijos pradžia

Cheminė evoliucija ir protobiontų evoliucija truko daugiau nei 1 milijardą metų. Atsirado gyvybė ir prasidėjo jos biologinė evoliucija.

Iš kai kurių protobiontų atsirado primityvios ląstelės, apimančios visą šiandien stebimų gyvų būtybių savybių rinkinį. Jie įgyvendino paveldimos informacijos saugojimą ir perdavimą, panaudojimą struktūrų kūrimui ir medžiagų apykaitai. Energijos gyvybiniams procesams suteikė ATP molekulės, atsirado ląstelėms būdingos membranos.

Pirmieji organizmai buvo anaerobiniai heterotrofai. Jie gaudavo ATP sukauptą energiją fermentacijos būdu. Pavyzdys yra glikolizė – cukrų skaidymas be deguonies. Šie organizmai maitinosi organinėmis medžiagomis iš pirmykščio sultinio.

Tačiau organinių molekulių atsargos palaipsniui išeikvotos, keičiantis sąlygoms Žemėje, o naujos organinės medžiagos abiogeniškai beveik nebesintetinos. Konkurencijos dėl maisto išteklių sąlygomis heterotrofų evoliucija paspartėjo.

Bakterijos, kurios sugebėjo fiksuoti anglies dioksidą susidarant organinėms medžiagoms, įgijo pranašumą. Autotrofinė maistinių medžiagų sintezė yra sudėtingesnė nei heterotrofinė mityba, todėl ji negalėjo atsirasti ankstyvose gyvybės formose. Iš kai kurių medžiagų, veikiant saulės spindulių energijai, susidarė ląstelei reikalingi junginiai.

Pirmieji fotosintetiniai organizmai negamino deguonies. Fotosintezė su jos išsiskyrimu greičiausiai atsirado vėliau organizmuose, panašiuose į šiuolaikinius melsvadumblius.

Dėl deguonies kaupimosi atmosferoje, atsiradus ozono ekranui ir sumažėjus ultravioletinių spindulių kiekiui, abiogeninė sudėtingų organinių medžiagų sintezė beveik neįmanoma. Kita vertus, besiformuojančios gyvybės formos tokiomis sąlygomis tapo stabilesnės.

Žemėje išplito kvėpavimas deguonimi. Anaerobiniai organizmai išliko tik tam tikrose vietose (pavyzdžiui, karštuose požeminiuose šaltiniuose gyvena anaerobinės bakterijos).